JP5909071B2 - Centrifugal rotator design method, centrifugal rotator manufacturing method, and centrifugal rotator design system - Google Patents

Centrifugal rotator design method, centrifugal rotator manufacturing method, and centrifugal rotator design system Download PDF

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Description

本発明は、必要な性能を満たしつつ回転軸の共振の発生も防止し得る遠心回転機の設計方法、遠心回転機の製造方法、及び遠心回転機の設計システムに関するものである。   The present invention relates to a centrifugal rotator design method, a centrifugal rotator manufacturing method, and a centrifugal rotator design system that can prevent the occurrence of resonance of a rotating shaft while satisfying necessary performance.

遠心圧縮機や遠心ポンプなどの遠心回転機では、回転軸に、該回転軸の軸方向に沿って複数段のインペラが設けられる。インペラは、回転軸に取付けられる略円盤状のディスクと、ディスクの前面に周方向に沿って複数設けられ、内周側から外周側へ向かって延びるブレードとを備える(例えば、特許文献1を参照)。また、ディスク前面と対向して略円盤状のシュラウドがブレードのディスクに取付けられる縁端と反対側の縁端に取付けられている場合もあり、一般に、このようなシュラウドを備えるインペラをクローズドインペラといい、また、シュラウドを備えていないインペラをオープンインペラという。ディスクの前面は、内周側では軸方向に沿うように形成されるとともに、外周側に向かうに従って径方向に沿うように湾曲形成されている。そして、このような前面と隣り合うインペラ同士によって形成された複数の空間を流体の流路とし、例えば遠心圧縮機では、回転軸とともに回転するインペラに対して内周側で軸方向に沿って前記流路に流入する流体を、インペラの回転によって作用する遠心力によって圧縮させつつ外周側へと流出させる。ここで、インペラの段数やインペラの形状は必要とされる性能の違いによって遠心回転機ごとに異なる。特に圧縮機の場合、ガスの流れ方向で下流側へ行くに従ってガス密度が高くなり、それにより体積流量が減少するため、インペラは各段に形状の異なるものが配置される。   In a centrifugal rotating machine such as a centrifugal compressor and a centrifugal pump, a plurality of impellers are provided on a rotating shaft along the axial direction of the rotating shaft. The impeller includes a substantially disk-shaped disk attached to the rotating shaft, and a plurality of blades provided on the front surface of the disk along the circumferential direction and extending from the inner circumferential side toward the outer circumferential side (see, for example, Patent Document 1). ). Further, there is a case where a substantially disk-shaped shroud is attached to the edge opposite to the edge attached to the disk of the blade, facing the front surface of the disk. Generally, an impeller having such a shroud is a closed impeller. An impeller without a shroud is called an open impeller. The front surface of the disk is formed along the axial direction on the inner peripheral side, and is curved so as to extend along the radial direction toward the outer peripheral side. Then, a plurality of spaces formed by the impellers adjacent to such a front surface are used as fluid flow paths. For example, in a centrifugal compressor, the impeller rotating with the rotating shaft along the axial direction on the inner peripheral side. The fluid flowing into the flow path is discharged to the outer peripheral side while being compressed by the centrifugal force acting by the rotation of the impeller. Here, the number of stages of the impeller and the shape of the impeller are different for each centrifugal rotator due to a difference in required performance. In particular, in the case of a compressor, the gas density increases as it goes downstream in the gas flow direction, thereby reducing the volume flow rate. Therefore, impellers having different shapes are arranged at each stage.

ところで、このような複数段のインペラを有する遠心回転機の設計に際しては、回転軸の共振が問題となる。すなわち、インペラの段数が多い場合、それに伴って回転軸の軸長が長くなることにより、回転軸の固有振動数が低くなる。そして、この回転軸の固有振動数が遠心回転機の回転数に近い大きさになった場合、回転軸では共振が発生する。   By the way, when designing a centrifugal rotating machine having such a multi-stage impeller, resonance of the rotating shaft becomes a problem. That is, when the number of impeller stages is large, the axial length of the rotating shaft is increased accordingly, so that the natural frequency of the rotating shaft is lowered. And when the natural frequency of this rotating shaft becomes a magnitude | size close | similar to the rotational speed of a centrifugal rotator, resonance generate | occur | produces in a rotating shaft.

このような回転軸の共振を抑制するためには、回転軸の固有振動数を高くして遠心回転機の回転数から遠ざける必要があり、そのためには回転軸の軸長を短くするか或いは軸径を太くする必要がある。そして、回転軸の軸長を短く或いは軸径を太くする手段としては、インペラの上流側や下流側のスペースを狭くすることによって回転軸の軸長を短くする方法や、インペラを形状の異なる他のタイプのものに変更する方法がある。しかし、これらの方法によっても回転軸の共振を十分に抑制できない場合も多い。従ってそのような場合には、回転軸及びそれを収容するケーシングをそれぞれ分割することにより、回転軸それぞれの軸長を短くする方法が従来用いられてきた。また、ブレードも含めて新たな形状のインペラを開発することにより、回転軸の軸長を短く或いは軸径を太くする方法も従来用いられてきた。   In order to suppress such resonance of the rotating shaft, it is necessary to increase the natural frequency of the rotating shaft and keep it away from the rotating speed of the centrifugal rotating machine. It is necessary to increase the diameter. As a means for shortening the shaft length of the rotating shaft or increasing the shaft diameter, there are other methods such as a method of shortening the shaft length of the rotating shaft by narrowing the space on the upstream side or downstream side of the impeller, There is a way to change to the type of. However, there are many cases in which resonance of the rotating shaft cannot be sufficiently suppressed even by these methods. Therefore, in such a case, a method of shortening the axial length of each rotating shaft by dividing the rotating shaft and the casing that accommodates the rotating shaft has been conventionally used. In addition, a method of shortening the shaft length of the rotating shaft or increasing the shaft diameter by developing an impeller having a new shape including a blade has been conventionally used.

特開2010−159858号公報JP 2010-159858 A

しかし、回転軸及びケーシングを分割する従来の遠心回転機の設計方法では、遠心回転機の台数が増すことにより、製造コストや設置スペースが増大するという問題がある。また、ブレードも含めて新たな形状のインペラを開発する従来の遠心回転機の設計方法では、ブレードの空力設計が難しくなり、また体積流量の異なるインペラを多数開発する必要があるため、開発コストがかさむという問題があった。   However, the conventional centrifugal rotator design method in which the rotating shaft and the casing are divided has a problem that the manufacturing cost and installation space increase due to an increase in the number of centrifugal rotators. In addition, the conventional centrifugal rotator design method that develops impellers with new shapes including blades makes it difficult to design the aerodynamics of the blades, and it is necessary to develop many impellers with different volume flow rates. There was a problem of being bulky.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ブレードの構造を変更することなく、ブレードよりも内周側の構造を変更することにより、必要とされる性能を満たしつつ回転軸の共振が生じない遠心回転機を低コストで設計する方法及び設計するシステムを提供することにある。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to achieve the required performance by changing the structure on the inner peripheral side of the blade without changing the structure of the blade. It is an object to provide a method and a system for designing a centrifugal rotating machine that satisfies the above requirements and does not cause resonance of a rotating shaft at low cost.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る遠心回転機の設計方法は、回転軸と、該回転軸に設けられ軸方向に沿って複数段のインペラとを備えた遠心回転機の設計方法であって、予め取得した重量流量及び出入口圧力比を満たすように、遠心回転機における各段のインペラの型式を含む構造仕様及び遠心回転機回転数を決定する構造仕様決定ステップと、前記構造仕様決定ステップで決定された構造仕様における前記遠心回転機の軸固有振動数を演算する軸固有振動数演算ステップと、前記軸固有振動数演算ステップで演算された前記遠心回転機の軸固有振動数と、前記構造仕様決定ステップで決定した前記遠心回転機回転数に基づいて、共振するか否か判定する共振判定ステップと、前記共振判定ステップで共振すると判定された場合に、少なくとも1段のインペラに対して、当該インペラを構成するディスクの最小径をディスクの最大径で除算した値であるボス比を、前記インペラの型式と対応して予め得られているボス比設定範囲の中で、初期値よりも高い値に設定するボス比変更ステップと、を含み、前記ボス比変更ステップでボス比を設定した場合には、前記構造仕様決定ステップで前記ボス比を設定したインペラについて、該インペラを構成するブレードの構造を変更することなく、該ブレードよりも内周側の構造を変更して当該ボス比となるように構造変更して、再度構造仕様及び遠心回転機回転数を決定し、固有振動数演算ステップ及び共振判定ステップを実行することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following means. That is, the centrifugal rotator design method according to the present invention is a design method of a centrifugal rotator provided with a rotating shaft and a plurality of impellers provided in the rotating shaft along the axial direction. Structural specification determination step for determining the structure specification including the impeller type of each stage in the centrifugal rotator and the rotational speed of the centrifugal rotator so as to satisfy the weight flow rate and the inlet / outlet pressure ratio, and the structure determined in the structural specification determination step A shaft natural frequency calculating step for calculating a shaft natural frequency of the centrifugal rotator in the specification, a shaft natural frequency of the centrifugal rotator calculated in the shaft natural frequency calculating step, and a structure specification determining step. A resonance determination step for determining whether or not to resonate based on the determined rotational speed of the centrifugal rotator, and at least one stage when it is determined to resonate in the resonance determination step With respect to the impeller, a boss ratio which is a value obtained by dividing the minimum diameter of the disk constituting the impeller by the maximum diameter of the disk is within a boss ratio setting range obtained in advance corresponding to the model of the impeller. A boss ratio changing step for setting the boss ratio to a value higher than the initial value. When the boss ratio is set in the boss ratio changing step, the impeller for which the boss ratio is set in the structural specification determining step Without changing the structure of the blade constituting the structure, change the structure on the inner peripheral side from the blade to change the boss ratio, determine the structural specifications and the centrifugal rotator rotational speed again, A natural frequency calculation step and a resonance determination step are executed.

このような方法によれば、開発に時間やコストを要するブレードについては構造を変更することがないため、遠心回転機の設計に要する時間やコストを低減することができる。また、ボス比を変更した後に構造仕様を決定するので、ボス比変更後の遠心回転機は、予め取得した重量流量及び出入口圧力比を満たしている。更にその後、固有振動数演算ステップ及び共振判定ステップを実行するので、共振が発生しないことが確認される。   According to such a method, since the structure of a blade that requires time and cost for development is not changed, the time and cost required for designing a centrifugal rotating machine can be reduced. Moreover, since the structural specifications are determined after changing the boss ratio, the centrifugal rotator after the boss ratio change satisfies the weight flow rate and the inlet / outlet pressure ratio acquired in advance. Further, since the natural frequency calculation step and the resonance determination step are executed thereafter, it is confirmed that no resonance occurs.

また、本発明に係る遠心回転機の設計方法は、前記構造仕様決定ステップで決定する前記構造仕様が、インペラの段数と各段のディスクの最大径とを更に含むことを特徴とする。 In the centrifugal rotating machine design method according to the present invention, the structural specification determined in the structural specification determining step further includes the number of impeller stages and the maximum diameter of the disk in each stage.

このような方法によれば、インペラの段数及び、各段のディスクの最大径を含めて適切な構造仕様の遠心回転機を設計することができる。 According to such a method, it is possible to design a centrifugal rotating machine having an appropriate structure specification including the number of impeller stages and the maximum diameter of the disk of each stage.

また、本発明に係る遠心回転機の設計方法は、前記ボス比変更ステップは、前記共振判定ステップが予め定めた所定回数だけ繰り返されて共振すると判定された場合に実行されることを特徴とする。   In the centrifugal rotator design method according to the present invention, the boss ratio changing step is executed when it is determined that the resonance determining step is repeated a predetermined number of times to resonate. .

このような方法によれば、構造仕様の変更だけによって必要な性能を満たしつつ共振が発生しない遠心回転機を設計できる場合にはボス比を変更しないので、遠心回転機の設計に要する時間と手間を最小限に抑えることができる。   According to such a method, the boss ratio is not changed when a centrifugal rotator that satisfies the required performance and does not generate resonance can be designed only by changing the structural specifications, so the time and labor required for designing the centrifugal rotator are not changed. Can be minimized.

また、本発明に係る遠心回転機の設計方法は、前記構造仕様決定ステップでは、前記ボス比の初期値が最低ボス比に設定され、前記ボス比変更ステップにおける前記ボス比設定範囲は、前記最低ボス比から予め定められた最高ボス比までの範囲として規定されることを特徴とする。   In the design method of the centrifugal rotating machine according to the present invention, the initial value of the boss ratio is set to a minimum boss ratio in the structural specification determination step, and the boss ratio setting range in the boss ratio change step is the minimum value. It is defined as a range from a boss ratio to a predetermined maximum boss ratio.

このような方法によれば、最初の設計時においてはボス比を最小として、より高性能の遠心回転機を設計可能とするとともに、最初の設計時において共振が発生しないようにすることができない場合に、ボス比の変更幅を十分大きく確保することができるので、性能を満たす範囲で共振が発生しないような条件を容易に選択することが可能となる。   According to such a method, it is possible to design a centrifugal rotator with higher performance by minimizing the boss ratio at the time of initial design, and it is impossible to prevent resonance from occurring at the time of initial design. In addition, since the change width of the boss ratio can be secured sufficiently large, it is possible to easily select a condition in which resonance does not occur within a range that satisfies the performance.

また、本発明に係る遠心回転機の製造方法は、上記の遠心回転機の設計方法で、遠心回転機の構造を設計する設計工程と、該設計工程で設計された前記構造仕様で、前記遠心回転機における回転軸、該回転軸に取付けられるインペラ及び該インペラを収容しつつ前記回転軸を回転可能に支持するケーシングを含む各遠心回転機部材を製造する部材製造工程と、部材製造工程で製造された前記遠心回転機部材を組み立てる部材組立工程とを備えることを特徴とする。   The centrifugal rotator manufacturing method according to the present invention includes the above-described centrifugal rotator design method, the design process of designing the structure of the centrifugal rotator, and the structural specifications designed in the design process, A member manufacturing process for manufacturing each centrifugal rotator member including a rotating shaft in a rotating machine, an impeller attached to the rotating shaft, and a casing that rotatably supports the rotating shaft while accommodating the impeller, and a member manufacturing process. And a member assembling step for assembling the centrifugal rotator member.

このような製造方法によれば、遠心回転機を構成する遠心回転機部材を製造し、それらを組み立てることによって遠心回転機を製造することができる。   According to such a manufacturing method, the centrifugal rotator can be manufactured by manufacturing the centrifugal rotator members constituting the centrifugal rotator and assembling them.

また、本発明に係る遠心回転機の設計システムは、予め取得した重量流量及び出入口圧力比を満たすように、遠心回転機における各段のインペラの型式を含む構造仕様及び遠心回転機回転数を決定する構造仕様決定手段と、前記構造仕様決定手段で決定された構造仕様から演算される前記遠心回転機の軸固有振動数と、前記構造仕様決定手段で決定した前記遠心回転機回転数に基づいて、共振するか否か判定する共振判定手段と、前記共振判定手段で共振すると判定された場合に、少なくとも1段のインペラに対して、当該インペラの型式と対応して予め得られているボス比設定範囲の中で、当該インペラを構成するディスクの最小径をディスクの最大径で除算した値であるボス比を初期値よりも高い値に設定し、構造仕様決定手段に出力するボス比変更手段と、を備え、前記構造仕様決定手段は、前記ボス比変更手段から前記ボス比が出力されると、前記ボス比を設定したインペラについて、該インペラを構成するブレードの構造を変更することなく、該ブレードよりも内周側の構造を変更して当該ボス比となるように構造変更して、再度構造仕様及び遠心回転機回転数を決定し、前記共振判定手段は、再度共振するか否か判定することを特徴とする。 In addition, the design system of the centrifugal rotator according to the present invention determines the structural specifications including the impeller type of each stage in the centrifugal rotator and the rotational speed of the centrifugal rotator so as to satisfy the previously obtained weight flow rate and inlet / outlet pressure ratio. A structural specification determining means, a shaft natural frequency of the centrifugal rotator calculated from the structural specification determined by the structural specification determining means, and the centrifugal rotator rotational speed determined by the structural specification determining means. A resonance determining means for determining whether or not to resonate, and a boss ratio obtained in advance corresponding to the type of the impeller for at least one stage of the impeller when it is determined by the resonance determining means to resonate among the set range, the minimum diameter of the disk constituting the impeller set the boss ratio is a value obtained by dividing the maximum diameter of the disk to a value higher than the initial value, to output to the structure specification determining means Boss ratio changing means, and when the boss ratio is output from the boss ratio changing means, the structural specification determining means changes the structure of the blades constituting the impeller for the impeller with the boss ratio set. Without changing, the structure on the inner peripheral side of the blade is changed to change the structure so that the boss ratio is obtained, and the structural specification and the rotational speed of the centrifugal rotator are determined again. It is characterized by determining whether to do.

このような構成によれば、開発に時間やコストを要するブレードについては構造を変更することがないため、遠心回転機の設計に要する時間やコストを低減することができる。また、ボス比変更手段がボス比を変更した後に、構造仕様決定手段が構造仕様を決定するので、ボス比変更後の遠心回転機は、予め取得した重量流量及び出入口圧力比を満たしている。更にその後、共振判定手段が固有振動数の演算と共振するか否かの判定を実行するので、共振の発生しないことが確認される。   According to such a configuration, since the structure of the blade that requires time and cost for development is not changed, the time and cost required for designing the centrifugal rotating machine can be reduced. Further, after the boss ratio changing means changes the boss ratio, the structural specification determining means determines the structural specifications, so that the centrifugal rotator after the boss ratio change satisfies the previously obtained weight flow rate and inlet / outlet pressure ratio. Further, after that, since the resonance determining means determines whether or not it resonates with the calculation of the natural frequency, it is confirmed that no resonance occurs.

本発明に係る遠心回転機の設計方法及び遠心回転機の設計システムによれば、ブレードの構造を変更することなく、ブレードよりも内周側の構造を変更することにより、必要とされる性能を満たしつつ回転軸の共振が生じない遠心回転機を低コストで設計することができる。
また、本発明に係る遠心回転機の製造方法によれば、低コストで所望の性能を満たす遠心回転機を製造することができる。
According to the centrifugal rotator design method and the centrifugal rotator design system according to the present invention, the required performance can be obtained by changing the structure on the inner peripheral side of the blade without changing the structure of the blade. It is possible to design a centrifugal rotating machine that satisfies the requirements and does not cause resonance of the rotating shaft at a low cost.
Moreover, according to the manufacturing method of the centrifugal rotating machine which concerns on this invention, the centrifugal rotating machine which satisfy | fills desired performance can be manufactured at low cost.

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the centrifugal compressor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の設計システムの機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the design system of the centrifugal compressor which concerns on embodiment of this invention. 記憶部が格納するテーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the table which a memory | storage part stores. 制御部での処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in a control part. インペラのボス比が遠心圧縮機の性能に及ぼす影響を示したグラフであって、(a)はボス比が効率ηiに及ぼす影響を、(b)はボス比が圧力係数μiに及ぼす影響をそれぞれ示している。It is the graph which showed the influence which the boss ratio of an impeller has on the performance of a centrifugal compressor, (a) shows the influence which the boss ratio has on efficiency ηi, and (b) shows the influence which the boss ratio has on the pressure coefficient μi. Show.

[遠心圧縮機の構成]
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の実施形態に係る遠心回転機の設計方法及び遠心回転機の設計システムによって設計する遠心回転機の構成について説明する。本実施形態では、本発明に係る遠心回転機の一例として遠心圧縮機を例に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1を示す概略断面図である。遠心圧縮機1は、軸線Lに沿って配されたロータ2と、このロータ2を収容するケーシング3と、を備えている。
[Configuration of centrifugal compressor]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a configuration of a centrifugal rotator designed by a centrifugal rotator design method and a centrifugal rotator design system according to an embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a centrifugal compressor will be described as an example of a centrifugal rotating machine according to the present invention. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a centrifugal compressor 1 according to an embodiment of the present invention. The centrifugal compressor 1 includes a rotor 2 disposed along the axis L and a casing 3 that accommodates the rotor 2.

(ロータ)
ロータ2は、図1に示すように、不図示のモータ等によって駆動側端部が回転駆動される回転軸21と、この回転軸21の軸方向中央部に所定間隔で固定された複数のインペラ22と、を有している。
(Rotor)
As shown in FIG. 1, the rotor 2 includes a rotating shaft 21 whose driving side end is rotationally driven by a motor or the like (not shown), and a plurality of impellers fixed to the axial center of the rotating shaft 21 at predetermined intervals. 22.

インペラ22は、遠心力を利用してガスを圧縮する役割を果たすものである。このインペラ22は、図1に示すように、円盤状のディスク221と、このディスク221の表面に突出して設けられた複数枚のブレード222と、を有している。このうち、ディスク221は、軸方向視で略円形に形成され、その中心部が軸方向一方側へ突出してなるボス部221aが設けられている。これにより、ディスク221の軸方向一方側の面は、外周側から内周側に向かうに従って径方向から軸方向へ向かうように湾曲形成されている。本発明では、ディスク221の最大径を「インペラ外径D2」と定義し、ディスク221の最小径すなわちボス部221aの先端部における径を「ボス径Db」と定義する。そして、ボス径Db/インペラ外径D2を「ボス比」として定義する。   The impeller 22 plays a role of compressing gas using centrifugal force. As shown in FIG. 1, the impeller 22 includes a disk-shaped disk 221 and a plurality of blades 222 provided so as to protrude from the surface of the disk 221. Among these, the disk 221 is formed in a substantially circular shape when viewed in the axial direction, and is provided with a boss portion 221a whose central portion protrudes toward one side in the axial direction. Thereby, the surface on one side in the axial direction of the disk 221 is curved so as to go from the radial direction to the axial direction from the outer peripheral side toward the inner peripheral side. In the present invention, the maximum diameter of the disk 221 is defined as “impeller outer diameter D2”, and the minimum diameter of the disk 221, that is, the diameter at the tip of the boss 221a is defined as “boss diameter Db”. The boss diameter Db / impeller outer diameter D2 is defined as the “boss ratio”.

このように構成されるインペラ22は、ケーシング3の内部に収容され、そのディスク221の中心部に回転軸21が挿通されて固定されている。これにより、インペラ22は、回転軸21の回転に伴ってこれと一体的に回転するようになっている。そして、インペラ22を構成する複数枚のブレード222同士の間の隙間が、ガスが流通する流路4として構成されている。尚、本実施形態では、回転軸21の軸方向に沿って6段のインペラ22を所定間隔で設けているが、インペラ22の段数はこれに限られず、適宜設計変更が可能である。   The impeller 22 configured as described above is housed inside the casing 3, and the rotary shaft 21 is inserted into and fixed to the center of the disk 221. Thereby, the impeller 22 rotates integrally with the rotating shaft 21 as the rotating shaft 21 rotates. And the clearance gap between the some blades 222 which comprise the impeller 22 is comprised as the flow path 4 through which gas distribute | circulates. In the present embodiment, six stages of impellers 22 are provided at predetermined intervals along the axial direction of the rotating shaft 21, but the number of stages of the impellers 22 is not limited to this, and the design can be changed as appropriate.

(ケーシング)
ケーシング3は、図1に示すように、略円筒形状を有し両端が開口されたケーシング本体31と、このケーシング本体31の軸方向一端部に固定されたスラスト軸受32と、ケーシング本体31の軸方向両端部に固定された一対のジャーナル軸受33と、を有している。
(casing)
As shown in FIG. 1, the casing 3 includes a casing body 31 having a substantially cylindrical shape and open at both ends, a thrust bearing 32 fixed to one end portion in the axial direction of the casing body 31, and a shaft of the casing body 31. A pair of journal bearings 33 fixed to both ends in the direction.

スラスト軸受32は、回転軸21を軸方向に受ける役割を果たすものである。このスラスト軸受32は、図1に示すように、ケーシング本体31の一端側に取り付けられた軸受ケース34の内部に収容され、回転軸21の軸方向一端部を、軸回りには回転可能に且つ軸方向へは僅かに移動可能な状態で支持している。   The thrust bearing 32 plays a role of receiving the rotary shaft 21 in the axial direction. As shown in FIG. 1, the thrust bearing 32 is accommodated in a bearing case 34 attached to one end side of the casing body 31, and one axial end portion of the rotary shaft 21 is rotatable around the axis. It is supported in a slightly movable state in the axial direction.

ジャーナル軸受33は、回転軸21を径方向に受ける役割を果たすものである。一対のジャーナル軸受33は、図1に示すように、その一方がケーシング本体31の一端側における軸挿通孔に嵌合して設けられ、その他方がケーシング本体31の他端側に取り付けられた軸受ケース35の内部に収容されている。そして、これら一対のジャーナル軸受33が、回転軸21の軸方向両端部を軸回りに回転可能にそれぞれ支持している。   The journal bearing 33 serves to receive the rotary shaft 21 in the radial direction. As shown in FIG. 1, the pair of journal bearings 33 are provided so that one of them is fitted in a shaft insertion hole on one end side of the casing body 31 and the other is attached to the other end side of the casing body 31. Housed inside the case 35. The pair of journal bearings 33 respectively support both axial ends of the rotating shaft 21 so as to be rotatable about the axis.

[遠心圧縮機の設計システム]
次に、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1の設計方法を使用する遠心圧縮機1の設計システムについて説明する。図2は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1の設計システムの機能構成を示すブロック図である。遠心圧縮機1の設計システムは、ROMやRAM等からなる記憶部11と、キーボードやマウス等からなる入力部12と、液晶画面等からなる表示部13と、MPU等からなる制御部14と、を備えている。
[Centric compressor design system]
Next, the design system of the centrifugal compressor 1 that uses the design method of the centrifugal compressor 1 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the design system of the centrifugal compressor 1 according to the embodiment of the present invention. The design system of the centrifugal compressor 1 includes a storage unit 11 including a ROM and a RAM, an input unit 12 including a keyboard and a mouse, a display unit 13 including a liquid crystal screen, and a control unit 14 including an MPU. It has.

記憶部11は、過去に化学プラント等で使用された遠心圧縮機1のタイプに関する実績情報を、テーブル形式で複数格納している。図3は、記憶部11が格納するテーブルTの一例を示す図である。テーブルTには、遠心圧縮機1のタイプ名、ガス組成(Comp)、入口温度(T1)、入口圧力(P1)、ガスの重量流量(G)、出入口圧力比(Pr)、インペラ段数(Z)、各段のインペラ22の型式、回転数(N)、各段のインペラ22の外径(D2i)・・・等の仕様データが、互いに関連付けられた形で格納されている。尚、記憶部11がタイプデータを格納する形式としては、テーブル形式に限定されず、関連付けて格納可能な任意の形式を用いることができる。   The storage unit 11 stores a plurality of pieces of record information related to the type of the centrifugal compressor 1 used in the past in a chemical plant or the like in a table format. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the table T stored in the storage unit 11. The table T includes the centrifugal compressor 1 type name, gas composition (Comp), inlet temperature (T1), inlet pressure (P1), gas flow rate (G), inlet / outlet pressure ratio (Pr), impeller stage number (Z ), Specification data such as the model of the impeller 22 at each stage, the rotational speed (N), the outer diameter (D2i) of the impeller 22 at each stage, and the like are stored in association with each other. The format in which the storage unit 11 stores type data is not limited to the table format, and any format that can be stored in association with each other can be used.

入力部12は、遠心圧縮機1に必要とされる性能に関する情報をユーザが入力可能に構成されている。ここで、ユーザが入力可能なデータとしては、ガス組成(Comp)、入口温度(T1)、入口圧力(P1)、ガスの重量流量(G)、出入口圧力比(Pr)等が挙げられる。   The input unit 12 is configured so that a user can input information on performance required for the centrifugal compressor 1. Here, examples of data that can be input by the user include gas composition (Comp), inlet temperature (T1), inlet pressure (P1), gas mass flow rate (G), inlet / outlet pressure ratio (Pr), and the like.

制御部14は、図2に示すように、圧縮機タイプ決定手段141と、構造仕様決定手段142と、出入口圧力比算出手段143と、性能判定手段144と、CAD作図手段145と、軸固有振動数算出手段146と、共振判定手段147と、共振判定回数カウント手段148と、ボス比変更回数カウント手段149と、ボス比変更手段150と、軸ケーシング分割手段151と、新インペラ開発手段152とを有している。尚、本明細書において「CAD」とは、Computer Aided Design(コンピュータ支援設計)を意味している。   As shown in FIG. 2, the control unit 14 includes a compressor type determination unit 141, a structure specification determination unit 142, an inlet / outlet pressure ratio calculation unit 143, a performance determination unit 144, a CAD drawing unit 145, and an axis natural vibration. Number calculation means 146, resonance determination means 147, resonance determination frequency count means 148, boss ratio change frequency count means 149, boss ratio change means 150, shaft casing division means 151, and new impeller development means 152 Have. In the present specification, “CAD” means Computer Aided Design (computer-aided design).

圧縮機タイプ決定手段141は、図2に示すように、入力部12から、遠心圧縮機1に必要とされる性能情報が入力される。また、圧縮機タイプ決定手段141は、記憶部11から、遠心圧縮機1のタイプに関するテーブルTが入力される。そして、圧縮機タイプ決定手段141は、必要とされる性能を満たすような圧縮機タイプをテーブルTから選定し、構造仕様決定手段142に対して出力する。   As shown in FIG. 2, the compressor type determining means 141 receives performance information required for the centrifugal compressor 1 from the input unit 12. The compressor type determination unit 141 receives a table T related to the type of the centrifugal compressor 1 from the storage unit 11. Then, the compressor type determining means 141 selects a compressor type that satisfies the required performance from the table T and outputs it to the structural specification determining means 142.

構造仕様決定手段142は、図2に示すように、圧縮機タイプ決定手段141から、前述のように選定した圧縮機タイプが入力される。また、構造仕様決定手段142は、性能判定手段144から、出入口圧力比(Pr)が必要とされる性能条件を満たさない旨が入力される。更に、構造仕様決定手段142は、共振判定回数カウント手段148から、共振判定を行った回数が予め定めたn回に達していない旨が入力される。また、構造仕様決定手段142は、軸ケーシング分割手段151から、回転軸21及びケーシング3を分割した旨が入力される。また、構造仕様決定手段142は、新インペラ開発手段152から、新しい形状のインペラ22を開発する旨が入力される。   As shown in FIG. 2, the structural specification determination unit 142 receives the compressor type selected as described above from the compressor type determination unit 141. In addition, the structural specification determining unit 142 is input from the performance determining unit 144 that the inlet / outlet pressure ratio (Pr) does not satisfy the required performance condition. Further, the structural specification determining unit 142 receives an input from the resonance determination number counting unit 148 that the number of times that the resonance determination has been made has not reached a predetermined n times. Further, the structural specification determining unit 142 receives an input from the shaft casing dividing unit 151 that the rotating shaft 21 and the casing 3 are divided. Further, the structural specification determining means 142 receives an input from the new impeller developing means 152 to develop the impeller 22 having a new shape.

そして、構造仕様決定手段142は、図2に示すように、圧縮機タイプ決定手段141から入力された圧縮機タイプに基づいて、インペラ22の段数(Z)、各段のインペラ22の型式、回転数(N)、各段のインペラ22の外径(D2i)を構造仕様として決定し、出入口圧力比算出手段143に対してそれぞれ出力する。また、構造仕様決定手段142は、CAD作図手段145に対し、各段のインペラ22についての構造仕様をそれぞれ出力する。更に、構造仕様決定手段142は、決定した遠心圧縮機1の回転数(N)を共振判定手段147に対して出力する。   Then, as shown in FIG. 2, the structural specification determining means 142, based on the compressor type input from the compressor type determining means 141, the number of stages (Z) of the impeller 22, the model of the impeller 22 of each stage, the rotation The number (N) and the outer diameter (D2i) of each stage of the impeller 22 are determined as structural specifications and output to the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143, respectively. Further, the structural specification determining means 142 outputs the structural specifications for each stage of the impeller 22 to the CAD drawing means 145. Further, the structural specification determining unit 142 outputs the determined rotational speed (N) of the centrifugal compressor 1 to the resonance determining unit 147.

出入口圧力比算出手段143は、図2に示すように、構造仕様決定手段142から、前述のようにインペラ22の段数(Z)、各段のインペラ22の型式、回転数(N)、各段のインペラ22の外径(D2i)が入力される。そして、出入口圧力比算出手段143は、性能判定手段144に対し、算出した出入口圧力比(Pr)を出力する。   As shown in FIG. 2, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 receives the number of stages (Z) of the impeller 22, the type of the impeller 22 of each stage, the number of revolutions (N), and each stage from the structural specification determining means 142. The outer diameter (D2i) of the impeller 22 is input. Then, the inlet / outlet pressure ratio calculating unit 143 outputs the calculated inlet / outlet pressure ratio (Pr) to the performance determining unit 144.

性能判定手段144は、図2に示すように、出入口圧力比算出手段143から、前述のように出入口圧力比(Pr)が入力される。そして、性能判定手段144は、出入口圧力比算出手段143から入力された出入口圧力比(Pr)が、遠心圧縮機1に必要とされる性能を満たしているか否かを判定する。そして、性能判定手段144は、CAD作図手段145に対し、遠心圧縮機1が必要とされる性能を満たしている旨を出力する。また、性能判定手段144は、構造仕様決定手段142に対し、遠心圧縮機1が必要とされる性能を満たしていない旨を出力する。   As shown in FIG. 2, the performance judging means 144 receives the inlet / outlet pressure ratio (Pr) from the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 as described above. The performance determining unit 144 determines whether the inlet / outlet pressure ratio (Pr) input from the inlet / outlet pressure ratio calculating unit 143 satisfies the performance required for the centrifugal compressor 1. The performance determining unit 144 then outputs to the CAD drawing unit 145 that the centrifugal compressor 1 satisfies the required performance. In addition, the performance determination unit 144 outputs to the structural specification determination unit 142 that the centrifugal compressor 1 does not satisfy the required performance.

CAD作図手段145は、図2に示すように、構造仕様決定手段142から、前述のように各段のインペラ22についての構造仕様がそれぞれ入力される。また、CAD作図手段145は、性能判定手段144から、前述のように遠心圧縮機1が必要とされる性能を満たしている旨が入力される。更に、CAD作図手段145は、共振判定手段147から、共振が生じない旨が入力される。また、CAD作図手段145は、ボス比変更手段150から、変更後の新たなボス比が入力される。   As shown in FIG. 2, the CAD drawing means 145 receives the structural specifications for the impellers 22 at each stage from the structural specification determination means 142 as described above. In addition, the CAD drawing unit 145 receives an input from the performance determination unit 144 that the centrifugal compressor 1 satisfies the required performance as described above. Further, the CAD drawing unit 145 receives an input from the resonance determination unit 147 that resonance does not occur. The CAD drawing unit 145 receives a new boss ratio after the change from the boss ratio changing unit 150.

そして、CAD作図手段145は、図2に示すように、軸固有振動数算出手段146に対し、作図したCAD図面データを出力する。また、CAD作図手段145は、表示部13に対し、作図したCAD図面データを出力する。   Then, the CAD drawing means 145 outputs the drawn CAD drawing data to the shaft natural frequency calculation means 146 as shown in FIG. The CAD drawing means 145 outputs the drawn CAD drawing data to the display unit 13.

軸固有振動数算出手段146は、図2に示すように、CAD作図手段145から、作成されたCAD図面データが入力される。そして、軸固有振動数算出手段146は、このCAD図面から各部の寸法を採寸し、これに基づいて回転軸21の軸固有振動数を算出する。そして、軸固有振動算出手段146は、算出した軸固有振動数を共振判定手段147に対して出力する。   As shown in FIG. 2, the shaft natural frequency calculation means 146 receives the created CAD drawing data from the CAD drawing means 145. Then, the shaft natural frequency calculating means 146 measures the dimensions of each part from this CAD drawing, and calculates the shaft natural frequency of the rotating shaft 21 based on this. Then, the shaft natural vibration calculating unit 146 outputs the calculated shaft natural frequency to the resonance determining unit 147.

共振判定手段147は、図2に示すように、軸固有振動算出手段146から、回転軸21の軸固有振動数が入力される。また、共振判定手段147は、構造仕様決定手段142から、遠心圧縮機1の回転数(N)が入力される。そして、共振判定手段147は、入力された両者に基づいて、回転軸21に共振が発生するか否かを判定する。また、共振判定手段147は、CAD作図手段145に対し、共振が発生しない旨を出力する。また、共振判定手段147は、共振判定回数カウント手段148に対し、共振発生について判定を行った旨を出力する。   As shown in FIG. 2, the resonance determining unit 147 receives the shaft natural frequency of the rotating shaft 21 from the shaft natural vibration calculating unit 146. The resonance determination unit 147 receives the rotational speed (N) of the centrifugal compressor 1 from the structural specification determination unit 142. And the resonance determination means 147 determines whether resonance generate | occur | produces in the rotating shaft 21 based on both input. The resonance determination unit 147 outputs to the CAD drawing unit 145 that resonance does not occur. In addition, the resonance determination unit 147 outputs to the resonance determination frequency count unit 148 that determination has been made regarding the occurrence of resonance.

共振判定回数カウント手段148は、図2に示すように、共振判定手段147から、共振発生について判定を行った旨が入力される。そして、共振判定回数カウント手段148は、判定回数を1だけ増加させた上で、共振判定を行った回数が予め定めたn回に達したか否かを判定する。その結果、共振判定回数カウント手段148は、構造仕様決定手段142に対して、共振判定を行った回数がn回に達していない旨を出力する。一方、共振判定回数カウント手段148は、ボス比変更回数カウント手段149に対し、共振判定を行った回数がn回に達した旨を出力する。   As shown in FIG. 2, the resonance determination number counting means 148 receives an input from the resonance determination means 147 that determination has been made regarding the occurrence of resonance. Then, the resonance determination number counting means 148 increases the determination number by 1, and determines whether or not the number of times of performing the resonance determination has reached a predetermined n times. As a result, the resonance determination number counting unit 148 outputs to the structural specification determining unit 142 that the number of times of resonance determination has not reached n times. On the other hand, the resonance determination number counting means 148 outputs to the boss ratio change number counting means 149 that the number of times of performing resonance determination has reached n times.

ボス比変更回数カウント手段149は、図2に示すように、共振判定回数カウント手段148から、共振判定を行った回数がn回に達した旨が入力される。そして、ボス比変更回数カウント手段149は、ボス比を変更した回数が予め定めたm回に達したか否かを判定する。その結果、ボス比変更回数カウント手段149は、ボス比変更手段150に対し、ボス比を変更した回数がまだm回に達していないことを出力する。一方、ボス比変更回数カウント手段149は、軸ケーシング分割手段151に対し、ボス比を変更した回数がm回に達した旨を出力する。   As shown in FIG. 2, the boss ratio change count counting means 149 receives an input from the resonance determination count counting means 148 that the number of times the resonance has been determined has reached n. Then, the boss ratio change number counting means 149 determines whether or not the number of times the boss ratio has been changed has reached a predetermined m times. As a result, the boss ratio change count counting means 149 outputs to the boss ratio change means 150 that the number of times of changing the boss ratio has not yet reached m times. On the other hand, the boss ratio change number counting means 149 outputs to the shaft casing dividing means 151 that the number of times of changing the boss ratio has reached m times.

ボス比変更手段150は、図2に示すように、ボス比変更回数カウント手段149から、ボス比を変更した回数がm回に達していない旨が入力される。また、ボス比変更手段150は、記憶部11から、インペラ22の流量係数(φi)と遠心圧縮機1の効率(ηi)との関係について型式ごとに保持しているグラフが入力される。そしてボス比変更手段150は、CAD作図手段145に対し、変更後の新しいボス比を出力する。   As shown in FIG. 2, the boss ratio changing means 150 receives an input from the boss ratio change frequency counting means 149 that the number of times of changing the boss ratio has not reached m times. Further, the boss ratio changing means 150 receives from the storage unit 11 a graph that holds the relationship between the flow coefficient (φi) of the impeller 22 and the efficiency (ηi) of the centrifugal compressor 1 for each model. Then, the boss ratio changing unit 150 outputs a new boss ratio after the change to the CAD drawing unit 145.

軸ケーシング分割手段151は、図2に示すように、ボス比変更回数カウント手段149から、ボス比を変更した回数がm回に達した旨が入力される。また、軸ケーシング分割手段151は、構造仕様決定手段142に対し、回転軸21及びケーシング3を分割した旨を出力する。   As shown in FIG. 2, the shaft casing dividing means 151 receives from the boss ratio change count counting means 149 that the number of times of changing the boss ratio has reached m times. Further, the shaft casing dividing means 151 outputs to the structural specification determining means 142 that the rotating shaft 21 and the casing 3 have been divided.

新インペラ開発手段152は、図2に示すように、ボス比変更回数カウント手段149から、ボス比を変更した回数がm回に達した旨が入力される。また、新インペラ開発手段152は、構造仕様決定手段142に対し、新しい形状のインペラ22を開発する旨を出力する。   As shown in FIG. 2, the new impeller development unit 152 receives an input from the boss ratio change count counting unit 149 that the number of times of changing the boss ratio has reached m times. Further, the new impeller development means 152 outputs to the structural specification determination means 142 that the impeller 22 having a new shape is to be developed.

尚、本実施形態のCAD作図手段145及び軸固有振動数算出手段146に代えて、ユーザが手作業にて、インペラ22の構造仕様に基づいてCAD図面を作図し、CAD図面の各部を採寸した結果から軸固有振動数を算出するようにしてもよい。   In place of the CAD drawing unit 145 and the shaft natural frequency calculation unit 146 of the present embodiment, the user manually draws a CAD drawing based on the structure specification of the impeller 22 and measures each part of the CAD drawing. The shaft natural frequency may be calculated from the result.

また、本実施形態の圧縮機タイプ決定手段141に代えて、ユーザが手作業にて、記憶部11からテーブルTの情報を入力部12から性能情報をそれぞれ取得し、それに基づいて遠心圧縮機1のタイプを決定して構造仕様決定手段142に入力するようにしてもよい。   Further, instead of the compressor type determining means 141 of the present embodiment, the user manually acquires the information of the table T from the storage unit 11 and the performance information from the input unit 12 respectively, and the centrifugal compressor 1 based on the information. May be determined and input to the structural specification determining means 142.

次に、本発明の実施形態に係る制御部14において実行される処理の流れについて説明する。図4は、制御部14での処理の流れを示すフローチャートである。遠心圧縮機1の設計の処理が開始されると、図2に示す制御部14では、まず構造仕様決定ステップが実行される。この構造仕様決定ステップとは、遠心圧縮機1に必要とされる性能を満たすように、遠心圧縮機1を構成する各段のインペラ22の構造仕様をそれぞれ決定するとともに、遠心圧縮機1の回転数(N)を決定するステップである。   Next, the flow of processing executed in the control unit 14 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing in the control unit 14. When the design process of the centrifugal compressor 1 is started, the control unit 14 shown in FIG. 2 first executes a structural specification determination step. This structural specification determination step determines the structural specifications of the impellers 22 of each stage constituting the centrifugal compressor 1 so as to satisfy the performance required for the centrifugal compressor 1 and the rotation of the centrifugal compressor 1. This is a step of determining the number (N).

構造仕様決定ステップについて詳細に説明すると、まず図2に示す圧縮機タイプ決定手段141が、遠心圧縮機1に必要とされる性能として、ガスの重量流量(G)、出入口圧力比(Pr)、ガス組成(Comp)、入口温度(T1)、及び入口圧力(P1)に関する情報をそれぞれ取得する(S1)。ここで、出入口圧力比(Pr)とは、流路4における出口部と入口部との圧力比を意味している。そして、圧縮機タイプ決定手段141は、取得した情報に応じて、図2に示す記憶部11が保持するテーブルTを参照することにより、遠心圧縮機1のタイプを決定する(S2)。このテーブルTとは、過去の同種の化学プラント等で使用された遠心圧縮機1において、インペラ22の形状に関する実績を蓄積したものである。   The structural specification determining step will be described in detail. First, the compressor type determining means 141 shown in FIG. 2 has the performance required for the centrifugal compressor 1 as gas weight flow rate (G), inlet / outlet pressure ratio (Pr), Information on the gas composition (Comp), the inlet temperature (T1), and the inlet pressure (P1) is acquired (S1). Here, the inlet / outlet pressure ratio (Pr) means the pressure ratio between the outlet portion and the inlet portion in the flow path 4. Then, the compressor type determination unit 141 determines the type of the centrifugal compressor 1 by referring to the table T held by the storage unit 11 shown in FIG. 2 according to the acquired information (S2). The table T is a table in which the results related to the shape of the impeller 22 are accumulated in the centrifugal compressor 1 used in the same type of chemical plant in the past.

次に、図2に示す構造仕様決定手段142が、入力された遠心圧縮機1のタイプに基づいて、必要とされる性能であるガスの重量流量(G)及び出入口圧力比(Pr)を満たすようにして、各段のインペラ22の構造仕様を仮決めするとともに、遠心圧縮機1の回転数(N)を決定する(S3)。ここで、本実施形態におけるインペラ22の構造仕様とは、インペラ22の段数(Z)、各段のインペラ22の型式、及び各段のインペラ22の外径(D2i)を意味している。   Next, the structure specification determining means 142 shown in FIG. 2 satisfies the required gas weight flow rate (G) and inlet / outlet pressure ratio (Pr) based on the type of the input centrifugal compressor 1. In this way, the structural specifications of the impellers 22 in each stage are provisionally determined, and the rotational speed (N) of the centrifugal compressor 1 is determined (S3). Here, the structural specification of the impeller 22 in the present embodiment means the number of stages (Z) of the impeller 22, the type of the impeller 22 of each stage, and the outer diameter (D2i) of the impeller 22 of each stage.

次に、図2に示す出入口圧力比算出手段143が、仮決めした各段のインペラ22の構造仕様に基づいて、遠心圧縮機1の出入口圧力比(Pr)を算出する(S4)。より詳細に説明すると、まず出入口圧力比算出手段143は、以下の式(1)に基づき、1段目のインペラ22の入口密度(ρ1)を、次の式(1)により算出する。尚、この式(1)におけるfρとは、所定の関数を意味している。
ρ1=fρ(comp,P1,T1)・・・・・式(1)
Next, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 shown in FIG. 2 calculates the inlet / outlet pressure ratio (Pr) of the centrifugal compressor 1 based on the provisionally determined structure specification of each stage of the impeller 22 (S4). More specifically, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 first calculates the inlet density (ρ1) of the first stage impeller 22 by the following equation (1) based on the following equation (1). In this equation (1), fρ means a predetermined function.
ρ1 = fρ (comp, P1, T1) (1)

次に、出入口圧力比算出手段143は、算出した入口密度(ρ1)を次の式(2)に代入することにより、1段目のインペラ22の入口体積流量(Q1)を算出する。
Q1=G/ρ1・・・・・式(2)
Next, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 calculates the inlet volume flow rate (Q1) of the first stage impeller 22 by substituting the calculated inlet density (ρ1) into the following equation (2).
Q1 = G / ρ1 Equation (2)

また、出入口圧力比算出手段143は、遠心圧縮機1の回転数(N)と1段目のインペラ22の外径(D21)とを次の式(3)に代入することにより、1段目のインペラ22の周速(U21)を算出する。
U21=N/60・π・D21・・・・・式(3)
Further, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 substitutes the number of revolutions (N) of the centrifugal compressor 1 and the outer diameter (D21) of the first stage impeller 22 into the following expression (3) to obtain the first stage The peripheral speed (U21) of the impeller 22 is calculated.
U21 = N / 60 · π · D21 Equation (3)

そして、出入口圧力比算出手段143は、式(2)で求めた入口体積流量(Q1)、式(3)で求めた周速(U21)、及び外径(D21)をそれぞれ次の式(4)に代入することにより、1段目のインペラ22の流量係数(φ1)を算出する。尚、式(4)において「D21^2」とは、D21の二乗を意味している。
φ1=Q1/(π/4×D21^2×U21)・・・・・式(4)
Then, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 calculates the inlet volume flow rate (Q1) obtained by the equation (2), the peripheral speed (U21) obtained by the equation (3), and the outer diameter (D21) from the following equations (4). ) To calculate the flow coefficient (φ1) of the first stage impeller 22. In Expression (4), “D21 ^ 2” means the square of D21.
φ1 = Q1 / (π / 4 × D21 ^ 2 × U21) Equation (4)

次に出入口圧力比算出手段143は、図2に示す記憶部11がインペラ22の流量係数(φi)と遠心圧縮機1の効率(ηi)との関係について型式ごとに保持している複数のグラフから、1段目のインペラ22の型式に該当するグラフを選択する。ここで、図5は、インペラ22のボス比が遠心圧縮機1の性能に及ぼす影響を示したグラフであって、(a)はボス比が効率ηiに及ぼす影響を、(b)はボス比が圧力係数μiに及ぼす影響をそれぞれ示している。尚、図における実線はボス比が最低ボス比に設定される場合を、破線はボス比が最高ボス比に設定される場合をそれぞれ示している。本実施形態では、構造仕様決定ステップにおいては、ボス比は最低ボス比に設定されている。出入口圧力比算出手段143は、図5(a)に示すグラフに対し、式(4)で算出した流量係数(φ1)を当てはめることにより、遠心圧縮機1の効率(η1)を決定する。   Next, the inlet / outlet pressure ratio calculation means 143 has a plurality of graphs that the storage unit 11 shown in FIG. 2 holds for each model regarding the relationship between the flow coefficient (φi) of the impeller 22 and the efficiency (ηi) of the centrifugal compressor 1. Then, a graph corresponding to the model of the first stage impeller 22 is selected. Here, FIG. 5 is a graph showing the influence of the boss ratio of the impeller 22 on the performance of the centrifugal compressor 1, wherein (a) shows the influence of the boss ratio on the efficiency ηi, and (b) shows the boss ratio. Shows the influence of the pressure factor on the pressure coefficient μi. The solid line in the figure indicates the case where the boss ratio is set to the minimum boss ratio, and the broken line indicates the case where the boss ratio is set to the maximum boss ratio. In the present embodiment, the boss ratio is set to the lowest boss ratio in the structural specification determination step. The inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 determines the efficiency (η1) of the centrifugal compressor 1 by applying the flow coefficient (φ1) calculated by the equation (4) to the graph shown in FIG.

同様に出入口圧力比算出手段143は、図2に示す記憶部11がインペラ22の流量係数(φi)と遠心圧縮機1の圧力係数(μi)との関係について型式ごとに保持している複数のグラフから、1段目のインペラ22の型式に該当するグラフを選択する。ここで、図5(b)は、1段目のインペラ22の型式に該当するものとして選択した流量係数(φi)と圧力係数(μi)との関係を示すグラフである。尚、図における実線はボス比が最低ボス比に設定されている場合を、破線はボス比が最高ボス比に設定されている場合をそれぞれ示しており、構造仕様決定ステップにおいては、ボス比は最低ボス比に設定されている。出入口圧力比算出手段143は、この選択したグラフに対し、式(4)で算出した流量係数(φ1)を当てはめることにより、遠心圧縮機1の圧力係数(μ1)を決定する。   Similarly, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 has a plurality of storage units 11 shown in FIG. 2 that hold the relationship between the flow coefficient (φi) of the impeller 22 and the pressure coefficient (μi) of the centrifugal compressor 1 for each model. From the graph, a graph corresponding to the model of the first stage impeller 22 is selected. Here, FIG. 5B is a graph showing the relationship between the flow coefficient (φi) and the pressure coefficient (μi) selected as corresponding to the model of the first stage impeller 22. The solid line in the figure shows the case where the boss ratio is set to the lowest boss ratio, and the broken line shows the case where the boss ratio is set to the highest boss ratio. In the structural specification determination step, the boss ratio is The minimum boss ratio is set. The inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 determines the pressure coefficient (μ1) of the centrifugal compressor 1 by applying the flow coefficient (φ1) calculated by the equation (4) to the selected graph.

次に、出入口圧力比算出手段143は、式(3)で求めた周速(U21)、及び図5(b)のグラフから決定した圧力係数(μ1)をそれぞれ次の式(5)に代入することにより、1段目のインペラ22のヘッド(H1)を算出する。尚、式(5)において「U21^2」とは、U21の二乗を意味している。
H1=U21^2/g×μ1・・・・・式(5)
Next, the inlet / outlet pressure ratio calculation means 143 substitutes the peripheral speed (U21) obtained by the equation (3) and the pressure coefficient (μ1) determined from the graph of FIG. 5B into the following equation (5), respectively. Thus, the head (H1) of the first stage impeller 22 is calculated. In Equation (5), “U21 ^ 2” means the square of U21.
H1 = U21 ^ 2 / g × μ1 Equation (5)

次に、出入口圧力比算出手段143は、式(5)で求めたヘッド(H1)、及び図5(a)のグラフから決定した効率(η1)をそれぞれ次の式(6)に代入することにより、1段目のインペラ22の圧力比(Pr1)を算出する。尚、この式(6)におけるfρとは、所定の関数を意味している。
Pr1=fρ(comp,P1,T1,H1,η1)・・・・・式(6)
Next, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 substitutes the efficiency (η1) determined from the head (H1) obtained by the equation (5) and the graph of FIG. 5A into the following equation (6), respectively. Thus, the pressure ratio (Pr1) of the first stage impeller 22 is calculated. In this equation (6), fρ means a predetermined function.
Pr1 = fρ (comp, P1, T1, H1, η1) (6)

また、出入口圧力比算出手段143は、式(5)で求めたヘッド(H1)、及び図2(a)のグラフから決定した効率(η1)をそれぞれ次の式(7)に代入することにより、1段目のインペラ22の温度比(Tr1)を算出する。尚、この式(7)におけるftとは、fρとは異なる所定の関数を意味している。
Tr1=ft(comp,P1,T1,H1,η1)・・・・・式(7)
Further, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 substitutes the efficiency (η1) determined from the head (H1) obtained by the equation (5) and the graph of FIG. 2 (a) into the following equation (7), respectively. The temperature ratio (Tr1) of the first stage impeller 22 is calculated. In addition, ft in this formula (7) means a predetermined function different from fρ.
Tr1 = ft (comp, P1, T1, H1, η1) (7)

そして、出入口圧力比算出手段143は、1段目のインペラ22での圧力(P1)、及び式(6)で求めた1段目のインペラ22の圧力比(Pr1)をそれぞれ次の式(8)に代入することにより、2段目のインペラ22での圧力(P2)を算出する。また、出入口圧力比算出手段143は、1段目のインペラ22での温度(T1)、及び式(7)で求めた1段目のインペラ22の温度比(Tr1)をそれぞれ次の式(9)に代入することにより、2段目のインペラ22での温度(T2)を算出する。
P2=P1×Pr1・・・・・式(8)
T2=T1×Tr1・・・・・式(9)
Then, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 calculates the pressure (P1) at the first stage impeller 22 and the pressure ratio (Pr1) of the first stage impeller 22 obtained by Expression (6), respectively by the following formulas (8 ), The pressure (P2) at the second stage impeller 22 is calculated. Further, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 calculates the temperature (T1) at the first stage impeller 22 and the temperature ratio (Tr1) of the first stage impeller 22 obtained by the expression (7), respectively by the following formulas (9 ), The temperature (T2) at the second stage impeller 22 is calculated.
P2 = P1 × Pr1 Expression (8)
T2 = T1 × Tr1 (9)

その後、出入口圧力比算出手段143は、式(1)から式(9)までの計算を各段のインペラ22について実行する。そして、出入口圧力比算出手段143は、各段のインペラ22について求められた圧力比Pr1,Pr2,Pr3,・・・Przを次の式(10)にそれぞれ代入することにより、遠心圧縮機1についての出入口圧力比(Pr)を算出する。
Pr=Pr1×Pr2×Pr3・・・×Prz・・・・・式(10)
Thereafter, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 performs the calculation from the equations (1) to (9) for the impellers 22 of each stage. Then, the inlet / outlet pressure ratio calculating means 143 substitutes the pressure ratios Pr1, Pr2, Pr3,... Prz obtained for the impellers 22 of each stage into the following formula (10), thereby the centrifugal compressor 1 The inlet / outlet pressure ratio (Pr) is calculated.
Pr = Pr1 * Pr2 * Pr3 ... * Prz Formula (10)

次に、図3に示すように、図2に示す性能判定手段144が、算出された出入口圧力比(Pr)は必要とされる性能を満たしているか否かを判定する(S5)。その結果、遠心圧縮機1は必要とされる性能を満たしていないと判断した場合(S5:No)、S3へ戻ってインペラ22の構造仕様及び遠心圧縮機1の回転数(N)を再度決定し、出入口圧力比(Pr)を算出して必要とされる性能を満たしているか否かを判定する処理を繰り返す。一方、S5の判定において遠心圧縮機1は必要とされる性能を満たしていると判断した場合(S5:Yes)、S6の処理へと進む。   Next, as shown in FIG. 3, the performance determination means 144 shown in FIG. 2 determines whether or not the calculated inlet / outlet pressure ratio (Pr) satisfies the required performance (S5). As a result, when it is determined that the centrifugal compressor 1 does not satisfy the required performance (S5: No), the process returns to S3 and the structural specifications of the impeller 22 and the rotational speed (N) of the centrifugal compressor 1 are determined again. Then, the process of determining whether or not the required performance is satisfied by calculating the inlet / outlet pressure ratio (Pr) is repeated. On the other hand, if it is determined in S5 that the centrifugal compressor 1 satisfies the required performance (S5: Yes), the process proceeds to S6.

ここで、S5からS3へ戻ってインペラ22の構造仕様及び遠心圧縮機の1の回転数(N)を再度決定する場合、その優先順位としては高い方から、各段のインペラ22の型式、各段のインペラ22の外径(D2i)、遠心圧縮機1の回転数(N)、インペラ22の段数(Z)の順番とする。   Here, when returning from S5 to S3 and re-determining the structural specifications of the impeller 22 and the number of revolutions (N) of the centrifugal compressor 1, the order of the impeller 22 of each stage, The outer diameter (D2i) of the impeller 22 of the stage, the rotation speed (N) of the centrifugal compressor 1, and the number of stages (Z) of the impeller 22 are set in this order.

続いて、図2に示す制御部14では、軸固有振動数演算ステップが実行される。この軸固有振動演算ステップとは、作図されたCAD図面から回転軸21の固有振動数を算出するステップである。   Subsequently, in the control unit 14 shown in FIG. 2, a shaft natural frequency calculation step is executed. This shaft natural vibration calculating step is a step of calculating the natural frequency of the rotating shaft 21 from the drawn CAD drawing.

軸固有振動数演算ステップについて詳細に説明すると、まず図2に示すCAD作図手段145が、上述のように構造仕様を決定した各段のインペラ22を回転軸21に沿って配置することにより、CAD図面を作図する(S6)。   The shaft natural frequency calculation step will be described in detail. First, the CAD drawing means 145 shown in FIG. 2 arranges the impellers 22 of the respective stages whose structural specifications are determined as described above along the rotary shaft 21, thereby providing CAD. The drawing is drawn (S6).

次に、図2に示す軸固有振動数算出手段146が、作図されたCAD図面に基づいて各部の寸法を採寸する。そして、その採寸結果に基づいて、軸固有振動数算出手段146が回転軸21の軸固有振動数を算出する(S7)。   Next, the shaft natural frequency calculation means 146 shown in FIG. 2 measures the dimensions of each part based on the drawn CAD drawing. Based on the measurement result, the shaft natural frequency calculating means 146 calculates the shaft natural frequency of the rotating shaft 21 (S7).

尚、本実施形態では、CAD図面の作図(S6)をCAD作図手段145が実行し、軸固有振動数の算出(S7)を軸固有振動数算出手段146が実行している。しかし、これらS6とS7の処理に関しては、このような自動的な実行に代えて、性能判定手段144で性能を満たしていると判定された構造仕様に基づいてユーザが手作業にて行い、算出した軸固有振動数を入力するようにしてもよい。   In the present embodiment, the CAD drawing unit 145 executes CAD drawing (S6), and the shaft natural frequency calculation unit 146 executes calculation of the shaft natural frequency (S7). However, regarding the processes of S6 and S7, instead of such automatic execution, the calculation is performed manually by the user based on the structural specifications determined to satisfy the performance by the performance determination unit 144. The shaft natural frequency may be input.

続いて、図2に示す制御部14では、共振判定ステップが実行される。この共振判定ステップとは、回転軸21の軸固有振動数及び遠心圧縮機1の回転数(N)に基づいて、回転軸21が共振するか否かを判定するステップである。   Subsequently, in the control unit 14 illustrated in FIG. 2, a resonance determination step is executed. This resonance determination step is a step of determining whether or not the rotation shaft 21 resonates based on the shaft natural frequency of the rotation shaft 21 and the rotation speed (N) of the centrifugal compressor 1.

共振判定ステップについて詳細に説明すると、図2に示す共振判定手段147は、軸固有振動数算出手段146が算出した軸固有振動数、及び構造仕様決定手段142が決定した遠心圧縮機1の回転数(N)が、次の式(11)を満たしているか否かを判定することにより、回転軸21が共振するか否かを判定する(S8)。ここで、αとは、API(American Petroleum Institute)617規格2.6.2中に規定されたSM(Seperation Margin)を意味している。
|軸固有振動数/回転数−1|>α・・・・・式(11)
The resonance determination step will be described in detail. The resonance determination unit 147 shown in FIG. 2 includes the shaft natural frequency calculated by the shaft natural frequency calculation unit 146 and the rotation speed of the centrifugal compressor 1 determined by the structural specification determination unit 142. It is determined whether or not the rotating shaft 21 resonates by determining whether (N) satisfies the following expression (11) (S8). Here, α means SM (Separation Margin) defined in API (American Petroleum Institute) 617 standard 2.6.2.
| Shaft natural frequency / rotation number -1 |> α Equation (11)

そして、S8における判定において、回転軸21が共振しないと判断した場合(S8:No)、図2に示すCAD作図手段145がCAD図面データを表示部13に出力した後、そのまま処理が終了する。   If it is determined in S8 that the rotating shaft 21 does not resonate (S8: No), the CAD drawing means 145 shown in FIG. 2 outputs the CAD drawing data to the display unit 13, and then the process ends.

一方、S8における判定において、回転軸21が共振すると判断した場合(S8:Yes)、図2に示す共振判定回数カウント手段148が、共振判定を行った回数がn回目に達しているか否かを判定する(S9)。その結果、共振判定を行った回数がn回目に達していないと判断した場合(S9:No)、S3へ戻ってインペラ22の構造仕様及び遠心圧縮機1の回転数(N)を再度決定した後、その後の処理を繰り返す。   On the other hand, in the determination in S8, when it is determined that the rotating shaft 21 resonates (S8: Yes), it is determined whether or not the number of times that the resonance determination number counting means 148 shown in FIG. Determine (S9). As a result, when it is determined that the number of resonance determinations has not reached the nth time (S9: No), the process returns to S3 and the structural specifications of the impeller 22 and the rotational speed (N) of the centrifugal compressor 1 are determined again. Thereafter, the subsequent processing is repeated.

他方、S9における判定において共振判定を行った回数がn回目に達したと判断した場合(S9:Yes)、図2に示すボス比変更回数カウント手段149が、ボス比の変更を行った回数がm回目に達しているか否かを判定する(S10)。   On the other hand, if it is determined that the number of times that the resonance determination has been made in the determination in S9 has reached the nth time (S9: Yes), the number of times that the boss ratio change frequency counting means 149 shown in FIG. It is determined whether or not the m-th time has been reached (S10).

そして、S10における判定の結果、ボス比変更回数カウント手段149が、ボス比の変更を行った回数がm回目に達していない(S10:No)と判断した場合、図2に示すボス比変更手段150がボス比を初期値から変更する(S11)。より詳細には、図5(a)(b)に示すように、ボス比の初期値は最低ボス比(実線で図示)に設定されている。ボス比変更手段150は、最低ボス比から最高ボス比(破線で図示)までの間として予め定められたボス比設定範囲において、図5に二点鎖線で示すように、ボス比を最低ボス比よりも若干高い値に設定する。   Then, as a result of the determination in S10, when the boss ratio change count counting means 149 determines that the number of times of changing the boss ratio has not reached the mth (S10: No), the boss ratio change means shown in FIG. 150 changes the boss ratio from the initial value (S11). More specifically, as shown in FIGS. 5A and 5B, the initial value of the boss ratio is set to the lowest boss ratio (shown by a solid line). The boss ratio changing means 150 sets the boss ratio to the lowest boss ratio as shown by a two-dot chain line in FIG. 5 within a boss ratio setting range predetermined as a range from the lowest boss ratio to the highest boss ratio (shown by a broken line). Set to a slightly higher value.

尚、ボス比の初期値は本実施形態のように最低ボス比に限られず、ボス比設定範囲内で任意の値に設定することができる。しかし、本実施形態のように初期値を最低ボス比に設定すれば、最初の設計時においてはボス比を最低として、より高性能の遠心圧縮機1を設計可能とするとともに、最初の設計時において共振が発生しないようにすることができない場合に、ボス比の変更幅を十分大きく確保することができるので、性能を満たす範囲で共振が発生しないような条件を容易に選択することが可能となる。   The initial value of the boss ratio is not limited to the minimum boss ratio as in this embodiment, and can be set to an arbitrary value within the boss ratio setting range. However, if the initial value is set to the lowest boss ratio as in the present embodiment, the boss ratio can be minimized at the initial design time, and a higher performance centrifugal compressor 1 can be designed. When it is not possible to prevent resonance, it is possible to secure a sufficiently large change width of the boss ratio, so that it is possible to easily select a condition that does not cause resonance within a range that satisfies the performance. Become.

その後、図4においてS3へ戻り、ボス比を変更したインペラ22について、ブレード222の構造を変更することなく、ブレード222より内周側のボス径Db(図1を参照)を含んだ構造仕様を変更することにより、インペラ22を変更後のボス比とする。これにより、開発に時間やコストを要するブレード222については変更することがないため、必要とされる性能を満たしつつ、回転軸21の共振が生じない遠心圧縮機1を短時間且つ低コストで設計することができる。   Thereafter, returning to S3 in FIG. 4, the structural specifications including the boss diameter Db (see FIG. 1) on the inner peripheral side of the blade 222 without changing the structure of the blade 222 for the impeller 22 whose boss ratio has been changed. By changing, the impeller 22 is set to the changed boss ratio. As a result, since the blade 222 that requires time and cost for development is not changed, the centrifugal compressor 1 that satisfies the required performance and does not cause resonance of the rotating shaft 21 is designed in a short time and at low cost. can do.

そして、その後はS4以降の処理を繰り返す。この時、S4にて出入口圧力比(Pr)を算出するために、図5を使用して変更後のボス比に対応する遠心圧縮機1の効率(ηi)や圧力係数(μi)を決定する際には、最低ボス比の曲線と最高ボス比の曲線を用いて補間すればよい。   Thereafter, the processes after S4 are repeated. At this time, in order to calculate the inlet / outlet pressure ratio (Pr) in S4, the efficiency (ηi) and pressure coefficient (μi) of the centrifugal compressor 1 corresponding to the changed boss ratio are determined using FIG. In this case, the interpolation may be performed using the curve of the lowest boss ratio and the curve of the highest boss ratio.

一方、S10における判定の結果、ボス比変更回数カウント手段149が、ボス比の変更を行った回数がm回目に達している(S10:Yes)と判断した場合、図2に示す軸ケーシング分割手段151が回転軸21及びケーシング3をそれぞれ複数に分割する(S12)。その後、図4においてS3に戻り、インペラ22の構造仕様及び遠心圧縮機1の回転数(N)を決め直した後、S8において回転軸21が共振しないと判断されるまで、S4以降の処理を繰り返す。   On the other hand, as a result of the determination in S10, when the boss ratio change frequency counting means 149 determines that the number of times of changing the boss ratio has reached the mth (S10: Yes), the shaft casing dividing means shown in FIG. 151 divides the rotating shaft 21 and the casing 3 into a plurality of pieces (S12). Thereafter, the process returns to S3 in FIG. 4 and after re-determining the structural specifications of the impeller 22 and the rotational speed (N) of the centrifugal compressor 1, the processes after S4 are performed until it is determined in S8 that the rotating shaft 21 does not resonate. repeat.

或いは、S10における判定の結果、ボス比変更回数カウント手段149が、ボス比の変更を行った回数がm回目に達している(S10:Yes)と判断した場合、図2に示す新インペラ開発手段152が、新たな形状のインペラ22を新規に開発する。より詳細には、図5に示される最高ボス比のグラフより更に大きいボス比が必要な場合、新インペラ開発手段152は、ブレード222の形状を修正することにより新たなインペラ22を開発する(S12)。その後、図4においてS3に戻り、新たなインペラ22の構造仕様及び遠心圧縮機1の回転数(N)を決め直した後、S8において回転軸21が共振しないと判断されるまで、S4以降の処理を繰り返す。   Or, as a result of the determination in S10, when the boss ratio change frequency counting means 149 determines that the number of times of changing the boss ratio has reached the mth (S10: Yes), the new impeller development means shown in FIG. 152 newly develops the impeller 22 having a new shape. More specifically, when a boss ratio larger than the maximum boss ratio graph shown in FIG. 5 is required, the new impeller development means 152 develops a new impeller 22 by modifying the shape of the blade 222 (S12). ). Thereafter, the process returns to S3 in FIG. 4 and after re-determining the structural specifications of the new impeller 22 and the rotational speed (N) of the centrifugal compressor 1, until S8 determines that the rotary shaft 21 does not resonate, Repeat the process.

以上の設計方法によって設計工程を実施した後に、当該設計工程で設計された構造仕様の遠心圧縮機1を製造していく。具体的には、上記構造仕様を満たす遠心圧縮機1の各部材を製造する部材製造工程と、該部材製造工程で製造された部材を組み立てる部材組立工程とを備える。   After performing the design process by the above design method, the centrifugal compressor 1 having the structural specifications designed in the design process is manufactured. Specifically, the method includes a member manufacturing process for manufacturing each member of the centrifugal compressor 1 that satisfies the above structural specifications, and a member assembly process for assembling the members manufactured in the member manufacturing process.

部材製造工程で製造される各部材とは、図1に示す各部材であり、例えば、回転軸21、インペラ22、ケーシング3、軸受などである。回転軸21は、例えば、所定の材質で形成された鋼材を切削加工することなどにより製造される。また、インペラ22は、ディスク221、ブレード222、及びシュラウドの各部分を、それぞれ別体として製造して組み付ける場合や、一体的に製造する場合がある。   Each member manufactured in the member manufacturing process is each member shown in FIG. 1, for example, the rotating shaft 21, the impeller 22, the casing 3, and a bearing. The rotary shaft 21 is manufactured, for example, by cutting a steel material made of a predetermined material. Further, the impeller 22 may be manufactured by assembling and assembling the disk 221, the blade 222, and the shroud as separate bodies, or may be manufactured integrally.

インペラ22の上記各部分を別体として製造する場合には、それぞれの形状と対応する母型を鍛造、鋳造などで製造した後に、細部については切削加工等で仕上げることにより製造される。この際、例えばディスク221、ブレード222、及びシュラウドの全てが別体として製造されるのではなく、ディスク221とブレード222、またはブレード222とシュラウドとが一体的に製造される場合もある。そして、製造された各部分を、溶接、ろう付け等により接合することによりインペラ22として製造される。また、一体的に製造する場合には、インペラ22の形状と対応する母型を鍛造、鋳造などで製造した後に、流路4となる部分を機械切削や放電加工により切削加工することにより形成する。   When manufacturing each said part of the impeller 22 as a different body, after manufacturing the mother die corresponding to each shape by forging, casting, etc., it is manufactured by finishing the details by cutting or the like. At this time, for example, the disk 221, the blade 222, and the shroud are not all manufactured separately, but the disk 221 and the blade 222 or the blade 222 and the shroud may be manufactured integrally. And each manufactured part is manufactured as the impeller 22 by joining by welding, brazing, etc. Further, in the case of manufacturing integrally, after forming a mother die corresponding to the shape of the impeller 22 by forging, casting or the like, the portion to be the flow path 4 is formed by cutting by mechanical cutting or electric discharge machining. .

また、ケーシング3は、鋳造などにより形成される。組立上、半割れとなるように二つに分けて製造され、以下の部材組立工程において一体的に組み立てられる。   The casing 3 is formed by casting or the like. In assembly, it is divided into two parts so as to be half-cracked, and is integrally assembled in the following member assembly process.

部材組立工程では、例えばまず回転軸21に対してインペラ22を焼き嵌めなどにより一体となるように組み付ける。さらに、回転軸21の両端に軸受けを組み付ける。次に、ケーシング3の半割れの一方において、一体となった回転軸21、インペラ22及び軸受けを組み付ける。最後に、ケーシング3の他方を一方に組み付けることで完成する。   In the member assembling step, for example, the impeller 22 is first assembled to the rotating shaft 21 so as to be integrated by shrink fitting. Further, bearings are assembled to both ends of the rotating shaft 21. Next, the rotating shaft 21, the impeller 22, and the bearing that are integrated are assembled in one half of the casing 3. Finally, it is completed by assembling the other side of the casing 3 to one side.

以上説明したように、本実施形態に係る遠心圧縮機1の設計システムによれば、ボス比を変更したインペラ22について、ブレード222の構造を変更することなく、ブレード222より内周側のボス径Db(図1を参照)を含んだ構造仕様を変更することにより、インペラ22を変更後のボス比とする。これにより、開発に時間やコストを要するブレード222については変更することがないため、必要とされる性能を満たしつつ、回転軸21の共振が生じない遠心圧縮機1を短時間且つ低コストで設計することができる。   As described above, according to the design system of the centrifugal compressor 1 according to the present embodiment, the boss diameter on the inner peripheral side of the blade 222 without changing the structure of the blade 222 for the impeller 22 whose boss ratio is changed. By changing the structural specification including Db (see FIG. 1), the impeller 22 is set to the changed boss ratio. As a result, since the blade 222 that requires time and cost for development is not changed, the centrifugal compressor 1 that satisfies the required performance and does not cause resonance of the rotating shaft 21 is designed in a short time and at low cost. can do.

なお、上記部材製造工程及び部材組立工程は、一般的な圧縮機の製造工程を示すものであり、その他、シール構造や吸気構造等、様々な構造を構成する部材が部材製造工程で製造され、部材組立工程で組み付けられる。   In addition, the member manufacturing process and the member assembling process show a manufacturing process of a general compressor, and other members constituting various structures such as a seal structure and an intake structure are manufactured in the member manufacturing process. It is assembled in the member assembly process.

尚、本発明に係る遠心回転機としては、本実施形態で説明した遠心圧縮機1に限定されず、遠心ポンプ等であってもよい。   The centrifugal rotating machine according to the present invention is not limited to the centrifugal compressor 1 described in the present embodiment, and may be a centrifugal pump or the like.

また、以上説明した全ての処理を設計システムが実行することに代えて、ユーザが手作業にて行うようにしてもよい。   Further, instead of the design system executing all the processes described above, the user may perform the process manually.

尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   The various shapes, combinations, operation procedures, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various changes can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

1 遠心圧縮機
2 ロータ
3 ケーシング
4 流路
11 記憶部
12 入力部
13 表示部
14 制御部
141 圧縮機タイプ決定手段
142 構造仕様決定手段
143 出入口圧力比算出手段
144 性能判定手段
145 CAD作図手段
146 軸固有振動数算出手段
147 共振判定手段
148 共振判定回数カウント手段
149 ボス比変更回数カウント手段
150 ボス比変更手段
151 軸ケーシング分割手段
152 新インペラ開発手段
21 回転軸
22 インペラ
221 ディスク
222 ブレード
221a ボス部
31 ケーシング本体
32 スラスト軸受
33 ジャーナル軸受
34 軸受ケース
35 軸受ケース
Db ボス径
D2 インペラ外径
L 軸線
T テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal compressor 2 Rotor 3 Casing 4 Flow path 11 Memory | storage part 12 Input part 13 Display part 14 Control part 141 Compressor type determination means 142 Structural specification determination means 143 Entrance / exit pressure ratio calculation means 144 Performance determination means 145 CAD drawing means 146 Axis Natural frequency calculation means 147 Resonance determination means 148 Resonance determination frequency count means 149 Boss ratio change frequency count means 150 Boss ratio change means 151 Shaft casing dividing means 152 New impeller development means 21 Rotating shaft 22 Impeller 221 Disc 222 Blade 221a Boss portion 31 Casing body 32 Thrust bearing 33 Journal bearing 34 Bearing case 35 Bearing case Db Boss diameter D2 Impeller outer diameter L Axis T Table

Claims (6)

回転軸と、該回転軸に設けられ軸方向に沿って複数段のインペラとを備えた遠心回転機の設計方法であって、
予め取得した重量流量及び出入口圧力比を満たすように、遠心回転機における各段のインペラの型式を含む構造仕様及び遠心回転機回転数を決定する構造仕様決定ステップと、
前記構造仕様決定ステップで決定された構造仕様における前記遠心回転機の軸固有振動数を演算する軸固有振動数演算ステップと、
前記軸固有振動数演算ステップで演算された前記遠心回転機の軸固有振動数と、前記構造仕様決定ステップで決定した前記遠心回転機回転数に基づいて、共振するか否か判定する共振判定ステップと、
前記共振判定ステップで共振すると判定された場合に、少なくとも1段のインペラに対して、当該インペラを構成するディスクの最小径をディスクの最大径で除算した値であるボス比を、前記インペラの型式と対応して予め得られているボス比設定範囲の中で、初期値よりも高い値に設定するボス比変更ステップと、
を含み、
前記ボス比変更ステップでボス比を設定した場合には、前記構造仕様決定ステップで前記ボス比を設定したインペラについて、該インペラを構成するブレードの構造を変更することなく、該ブレードよりも内周側の構造を変更して当該ボス比となるように構造変更して、再度構造仕様及び遠心回転機回転数を決定し、固有振動数演算ステップ及び共振判定ステップを実行することを特徴とする遠心回転機の設計方法。
A design method of a centrifugal rotating machine provided with a rotating shaft and a plurality of impellers provided in the rotating shaft along the axial direction,
A structural specification determination step for determining the structural specifications including the impeller type of each stage in the centrifugal rotating machine and the rotational speed of the centrifugal rotating machine so as to satisfy the weight flow rate and the inlet / outlet pressure ratio acquired in advance;
A shaft natural frequency calculating step for calculating the shaft natural frequency of the centrifugal rotating machine in the structural specification determined in the structural specification determining step;
Resonance determination step for determining whether or not to resonate based on the shaft natural frequency of the centrifugal rotator calculated in the shaft natural frequency calculation step and the centrifugal rotator rotation speed determined in the structural specification determination step When,
When it is determined that the resonance is determined in the resonance determination step, a boss ratio which is a value obtained by dividing the minimum diameter of the disk constituting the impeller by the maximum diameter of the disk with respect to at least one stage of the impeller is a model of the impeller The boss ratio changing step for setting a value higher than the initial value in the boss ratio setting range obtained in advance corresponding to
Including
When the boss ratio is set in the boss ratio changing step, the inner circumference of the impeller having the boss ratio set in the structural specification determining step is changed more than the inner circumference without changing the structure of the blade constituting the impeller. The centrifugal structure is characterized by changing the structure on the side to change the structure to the boss ratio, determining the structural specifications and the rotational speed of the centrifugal rotator again, and executing the natural frequency calculation step and the resonance determination step. How to design a rotating machine.
前記構造仕様決定ステップで決定する前記構造仕様が、インペラの段数と各段のディスクの最大径とを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の遠心回転機の設計方法。 The method for designing a centrifugal rotating machine according to claim 1, wherein the structural specification determined in the structural specification determining step further includes the number of stages of the impeller and the maximum diameter of the disk of each stage. 前記ボス比変更ステップは、前記共振判定ステップが予め定めた所定回数だけ繰り返されて共振すると判定された場合に実行されることを特徴とする請求項1又は2に記載の遠心回転機の設計方法。   The method for designing a centrifugal rotator according to claim 1 or 2, wherein the boss ratio changing step is executed when it is determined that the resonance determining step is repeated a predetermined number of times to resonate. . 前記構造仕様決定ステップでは、前記ボス比の初期値が最低ボス比に設定され、前記ボス比変更ステップにおける前記ボス比設定範囲は、前記最低ボス比から予め定められた最高ボス比までの範囲として規定されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の遠心回転機の設計方法。   In the structural specification determining step, an initial value of the boss ratio is set to a minimum boss ratio, and the boss ratio setting range in the boss ratio changing step is a range from the minimum boss ratio to a predetermined maximum boss ratio. The design method of the centrifugal rotating machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the design method is defined. 請求項1から4のいずれか1項に記載の遠心回転機の設計方法で、遠心回転機の構造を設計する設計工程と、
該設計工程で設計された前記構造仕様で、前記遠心回転機における回転軸、該回転軸に取付けられるインペラ及び該インペラを収容しつつ前記回転軸を回転可能に支持するケーシングを含む各遠心回転機部材を製造する部材製造工程と、
部材製造工程で製造された前記遠心回転機部材を組み立てる部材組立工程とを備えることを特徴とする遠心回転機の製造方法。
A design process for designing the structure of the centrifugal rotator by the centrifugal rotator design method according to any one of claims 1 to 4,
Each centrifugal rotator including a rotating shaft in the centrifugal rotating machine, an impeller attached to the rotating shaft, and a casing that rotatably supports the rotating shaft while accommodating the impeller with the structural specifications designed in the design process A member manufacturing process for manufacturing a member;
And a member assembling step of assembling the centrifugal rotator member manufactured in the member manufacturing step.
予め取得した重量流量及び出入口圧力比を満たすように、遠心回転機における各段のインペラの型式を含む構造仕様及び遠心回転機回転数を決定する構造仕様決定手段と、
前記構造仕様決定手段で決定された構造仕様から演算される前記遠心回転機の軸固有振動数と、前記構造仕様決定手段で決定した前記遠心回転機回転数に基づいて、共振するか否か判定する共振判定手段と、
前記共振判定手段で共振すると判定された場合に、少なくとも1段のインペラに対して、当該インペラの型式と対応して予め得られているボス比設定範囲の中で、当該インペラを構成するディスクの最小径をディスクの最大径で除算した値であるボス比を初期値よりも高い値に設定し、構造仕様決定手段に出力するボス比変更手段と、
を備え、
前記構造仕様決定手段は、前記ボス比変更手段から前記ボス比が出力されると、前記ボス比を設定したインペラについて、該インペラを構成するブレードの構造を変更することなく、該ブレードよりも内周側の構造を変更して当該ボス比となるように構造変更して、再度構造仕様及び遠心回転機回転数を決定し、前記共振判定手段は、再度共振するか否か判定することを特徴とする遠心回転機の設計システム。
Structural specification determining means for determining the structural specifications including the impeller type of each stage in the centrifugal rotating machine and the rotational speed of the centrifugal rotating machine so as to satisfy the weight flow rate and the inlet / outlet pressure ratio acquired in advance,
Judgment whether or not to resonate based on the shaft natural frequency of the centrifugal rotator calculated from the structural specification determined by the structural specification determining means and the centrifugal rotator rotational speed determined by the structural specification determining means Resonance determining means for
When it is determined that the resonance is determined by the resonance determining means, the disk of the disk constituting the impeller is within the boss ratio setting range obtained in advance corresponding to the type of the impeller for at least one stage of the impeller. A boss ratio changing means for setting the boss ratio, which is a value obtained by dividing the minimum diameter by the maximum diameter of the disk, to a value higher than the initial value, and outputting to the structure specification determining means
With
When the boss ratio is output from the boss ratio changing means, the structural specification determining means is configured so that the impeller for which the boss ratio is set does not change the structure of the blade that constitutes the impeller, and does not change the inner structure of the impeller. The structure on the peripheral side is changed to change the structure to the boss ratio, the structure specification and the centrifugal rotator rotational speed are determined again, and the resonance determining means determines whether or not to resonate again. A design system for centrifugal rotators.
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